Abstract：
The construction of vehicle urea production unit by urea production enterprises helps to increase the additional value of urea products and enhance the enterprise′s ability to resist risks. The production process and product quality indicators of vehicle urea are summarized. Furthermore, the reasons for the significant changes in urea concentration in the preparation tank, long preparation time, contamination of product in the finished product tank, and excessive levels of aldehydes in the product during the actual operation of the vehicle urea unit are analyzed. After taking corresponding measures, the stable operation of the vehicle urea unit is achieved, and the product quality met the requirements of national standards.
贵州赤天化桐梓化工有限公司(以下简称贵州桐梓化工公司)主要产品的产能为300 kt/a合成氨、300 kt/a甲醇、520 kt/a尿素、100 kt/a复合肥，尿素产品在贵州市场占有率超过70%。贵州桐梓化工公司利用已有的销售渠道和品牌优势，积极开发尿素下游产品，提高产品附加值，建成了50 kt/a车用尿素装置，可产出优质的车用尿素。
车用尿素又称柴油发动机尾气处理液(AUS32)，是指尿素质量分数为32.5%的纯水溶液，一般由脱盐水稀释尿素得到。车用尿素已发展成为选择性催化还原(SCR)技术的最佳处理溶剂，随着国家环保政策的出台，环保监管日趋严格，SCR技术在我国的快速推广应用[1]，车用尿素的需求量与日俱增。
1
车用尿素生产工艺流程
车用尿素生产工艺流程见图 1。来自脱盐水装置温度约35 ℃的脱盐水与来自尿素装置尿素溶液储槽温度为90 ℃、质量分数约85%的尿素溶液，分别通过流量调节阀控制后进入混合器混合，混合液再经过滤器过滤后流入车用尿素配制槽调配至标准浓度，配制合格的车用尿素成品由配制槽泵送至成品槽供充装外销。配制槽泵出口设有一根废液回收管线，当需要转移配制槽内不合格品时，可将溶液经此管线转移至尿素溶液储槽再利用。成品槽内的车用尿素成品由充装泵外送充装，充装泵出口管线上设有精密过滤器和质量流量计。充装泵可同时提供罐车和20 kg桶装产品线充装。2个成品槽与配制槽可互为备用，配制槽泵与充装泵也可互为备用。
图 1
2
主要设备
车用尿素生产装置主要设备见表 1。
表 1
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设备名称 |
主要参数 |
数量 |
|
配制槽 |
材质为304L，容积为120 m3 |
1个 |
|
成品槽 |
材质为高密度聚乙烯(HDPE)，容积为60 m3 |
2个 |
|
配制槽泵 |
流量30 m3/h |
1台 |
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充装泵 |
流量25 m3/h |
1台 |
|
调节阀 |
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3套 |
|
加注机 |
|
3台 |
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分布器 |
材质为304L |
1件 |
3
车用尿素产品质量情况
车用尿素装置设计产能为50 kt/a，建设周期5个月。历经1个月的试运行，目前装置运行稳定，日均销售量超过100 t，多项产品质量指标优于国家标准《柴油发动机氮氧化物还原剂尿素水溶液(AUS 32)》(GB 29518—2013)的要求，见表 2。
表 2
部分产品质量指标与GB 29518—2013中的要求对比
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项目 |
GB 29518—2013中的要求 |
产品质量指标 |
|
2023-02-10产品 |
2023-03-10产品 |
2023-04-10产品 |
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w(尿素)/% |
31.8~33.2 |
32.5 |
32.8 |
32.6 |
|
ρ1)/(kg·m－3) |
1 087.0~1 093.0 |
1 090.2 |
1 090.6 |
1 090.5 |
|
w(碱度)2)/% |
≤0.2 |
＜0.1 |
＜0.1 |
＜0.1 |
|
w(缩二脲)/% |
≤0.3 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
|
w(醛类物)3)/(mg·kg－1) |
≤5 |
2.2 |
1.5 |
1.5 |
|
w(不溶物)/(mg·kg－1) |
≤20 |
＜2.0 |
＜2.0 |
＜2.0 |
|
折光率(20nD) |
1.381 4~1.384 3 |
1.383 |
1.382 |
1.382 |
|
w(钙)/(mg·kg－1) |
≤0.5 |
0.05 |
0.05 |
0.05 |
|
w(铁)/(mg·kg－1) |
≤0.5 |
0.08 |
0.05 |
0.06 |
|
w(磷酸盐)4)/(mg·kg－1) |
≤0.5 |
未检出 |
未检出 |
未检出 |
|
w(铝/镁/钠/钾)/(mg·kg－1) |
≤0.5 |
未检出 |
未检出 |
未检出 |
|
w(铜/锌/铬/镍)/(mg·kg－1) |
≤0.2 |
未检出 |
未检出 |
未检出 |
|
一致性确认 |
与参考图谱一致 |
一致 |
一致 |
一致 |
注：1)环境温度20 ℃；
2)以NH3计；
3)以HCHO计；
4)以PO43-计 |
目前测定溶液中尿素含量的方法主要有蒸馏装置法(Km法)、自动凯氏定氮仪法(Ka法)、杜马斯燃烧定氮仪法(D法)等3种。贵州桐梓化工公司采用Ka法测定车用尿素的含量，其优点是仪器成本和运营成本较低、精密度和准确度高、稳定性好，缺点是样品需进行前处理，检测时间较长[2]，从取样到出分析结果需要2 h。
4
车用尿素装置运行中存在的问题
4.1
配制槽溶液中尿素浓度变化大
在装置投运初期，配制槽内已完成配制的溶液中尿素浓度出现较大变化，主要原因是结束配制后脱盐水与尿素混合不均匀，此时取样分析的结果不准确。随着混合时间的延长，配制槽内溶液混合均匀，温度变化小，密度、尿素浓度相对稳定，此时取样分析的结果才具有代表性。
在配制过程中，车用尿素的密度随溶液温度的变化而变化，故在线密度仪的读数需参考温度－密度对照表。与其他企业相比，贵州桐梓化工公司采用恒温密度仪，无需配备温度计和在线密度仪。
4.2
配制时间长
在装置投运初期，为了使配制槽内的车用尿素充分混合均匀，需启动配制槽泵对溶液打循环，停止进料后配制槽泵还需继续运行2 h以上。
4.3
配制过程中成品槽内车用尿素成品受到污染
在配制车用尿素的过程中，由于配制槽至成品槽连接阀门关闭不到位，操作人员在配制前未发现配制槽内的溶液经配制槽泵进入成品槽，导致成品槽内车用尿素成品受到污染，近50 t车用尿素成品被回收处理(配制槽泵与充装泵可互为备用，用充装泵将配制槽内的溶液送回尿素溶液储槽)。
4.4
车用尿素中醛类物质超标
在装置投运初期，发现车用尿素中醛类物质含量超标，其主要原因是尿素装置造粒系统非计划性打循环时，未及时停运车用尿素装置。
车用尿素中醛类物质是以甲醛(HCHO)含量计算的。甲醛的来源之一是为了增强尿素颗粒的强度和增大粒径，在尿素装置蒸发系统一、二段间的U形管部位加入了甲醛，当造粒系统打循环时，甲醛进入尿素溶液储槽，尿素溶液储槽中的尿素溶液再供车用尿素生产，便会造成车用尿素中醛类物质超标；甲醛的另一个来源是进入尿素装置的原料CO2中含有微量的甲醇，在合成塔中与防腐空气中的O2反应生成醛类物质(2CH3OH+O2=2H2O+2HCHO)。
5
改造措施
5.1
配制槽内增设分布器
为了使溶液快速混匀，常采用物理搅拌混合，可以在进料口、管道中、容器内等多个部位进行。经论证，在配制槽内增设了1台多筛孔分布器。增设分布器后，在配制过程中多次取样分析，溶液的密度和尿素浓度变化很小；配制结束后，溶液密度稳定，多次取样结果一致，再未出现配制槽内溶液尿素浓度变化大的问题。增设分布器直接解决了溶液混合不均匀的问题，其效果优于同类企业使用搅拌器的。
5.2
多举措缩短配制时间
(1) 将脱盐水温度降至35 ℃，配制的车用尿素温度降低，缩短了冷却时间。
(2) 配制过程中启用配制槽泵打循环，加速冷却，快速混匀，缩短配制等待时间。
(3) 采集配制过程的数据(各调节阀的开度、脱盐水的密度和流量、尿素溶液流量、混合液温度及密度等)进行比对，考虑到流量计计量偏差、操作偏差以及管线、配制槽底部有水残留等情况，优化配制参数和操作方法，编制统一的配制操作手册。
(4) 与分析检测人员及时沟通，合理安排取样时间，缩短出报告的时间。
改进后，与装置投运初期相比，配制时间缩短2 h以上，工作效率大幅提高。
5.3
完善操作规程和管理规定
成品槽与配制槽可互为备用，配制槽泵与充装泵也可互为备用，在使用中有其优点，但在操作中存在一些问题和隐患，尤其是阀门内漏、操作失误等。针对这类情况，一方面完善相应的操作规程和管理规定，加强员工培训；另一方面监控配制槽和成品槽的液位，对相应阀门施行挂牌操作，对长期不用的重要阀门上盲板并挂牌处理。
5.4
控制尿素溶液中醛类物质含量
生产中尽量减少或避免尿素装置的蒸发造粒系统打循环，控制尿素溶液储槽内溶液的醛类物质含量。在配制车用尿素前，对尿素溶液进行醛类物质的检测分析，指标合格后方能进行车用尿素的配制。在配制过程中出现异常时，先停止配制，再对尿素溶液储槽和配制槽内的溶液进行醛类物质的检测分析，配制槽内不合格品全部回收处理。
6
设备运行情况
车用尿素装置主要设备运行情况见表 3。
表 3
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设备名称 |
主要参数 |
年检修次数/次 |
|
配制槽泵 |
流量30 m3/h，电流30 A |
1 |
|
充装泵 |
流量25 m3/h，电流7 A |
3 |
|
脱盐水流量调节阀 |
|
1 |
|
尿素溶液流量调节阀 |
|
0 |
|
分布器 |
|
0 |
7
结语
车用尿素是SCR技术催生下的新产品，市场需求量大，车用尿素装置具有建设周期短、投资小、风险低等特点。对于尿素生产企业，配套设施完善，运行维护、产品销售等保障体系健全，可利用自身优势积极开发尿素下游产品，实现产品的多样化，提高产品的附加值，增强企业抗风险的能力。在农用尿素市场竞争日趋激烈的环境下，发展车用尿素无疑是尿素生产企业一个较好的选择。贵州桐梓化工公司建设的车用尿素装置，在生产初期出现了工艺设计不足、产品质量不稳定、产品受污染、生产效率低等问题，但经过技术改造、优化工艺操作、加强培训与管理，并采取有针对性的措施后，目前装置运行稳定，产品质量良好，日均销售量超过了100 t。
沪公网安备 31010702007066号